JPH0194940A - 反応器及び該反応器を用いた蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固体と気体或いは固体と液体の反応により生
じた反応熱により熱媒を加熱し得るようにした反応器及
び該反応器を用いた蒸気発土器に関するものである。

［従来の技術］ 固体と気体或いは固体と液体の反応により生じた反応熱
により熱媒を加熱し得るようにした従来の反応器は、例
えば胴内部に多数の伝熱管を収納したシェルアンドチュ
ーブ式の構造であり、第５図に示すように、伝熱管ａの
内部に伝熱管ａに対して同心状に全網製の円筒すを収納
し、伝熱管ａ内周と円筒す外周との間に、例えば粉状の
固体Ｃとして塩化ニッケルのアンモニア錯状体であるＮ
１ｃｌｚ　・２　ＮＨａを充填している。

円筒す内を流通するＮＨ３ガスｄは円筒すの孔を通って
粉状の固体Ｃ内に滲透し、その結果、Ｎ１ｅ１２＊　２
　ＮＨ３＋　４　ＮＨ３：Ｎ１ｃ１２・６　ＮＨ３＋　
ｅＯＫｃａｌ　　　　　・（ｉ） の発熱反応が行われ、シェル内を流通する熱媒ｅが加熱
される。この熱媒ｅは反応器から目的機器へ送られ、熱
を放出する。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述の反応器では、細長い伝熱管ａと円
筒すとの間の隙間に粉状の固体Ｃを均等に充填するのは
難しく、又円筒すは変形し易いため充填した固体Ｃが偏
らないように支持するのも困難であり、更には伝熱面積
の大きさにも限界があり、熱交換効率の良い熱媒ｅの加
熱を行うことができない、等の問題があった。

本発明は上述の実情に鑑み、粉状の固体の充填、保持を
容易に行うことができ、しかも熱交換効率の良い反応器
及び該反応器を用いた蒸気発生器を提供することを目的
としてなしたものである。

［問題点を解決するための手段］ 第１の発明は、反応用の流体が流通する流路部と、一面
が該流路部に面し前記流体が通過し得る多数の小孔を有
するポーラス板と、該ポーラス板の他面に面しフィンで
仕切られた多数の小室に前記流体と接触して発熱反応を
起す固体を充填したハニカムフィンと、該ハニカムフィ
ンのポーラス板側とは反対側に配設され前記反応により
生じた熱を熱媒流路部を流れる熱媒に伝える伝熱壁を設
けた構成を備え、第２の発明は、箱型容器に、熱媒を内
部へ供給する供給管と蒸気を上方から取出す蒸気管を接
続すると共に箱型容器の水平方向から反応用の流体を内
部へ導入するダクトを接続し、箱型容器内に、前記ダク
トからの流体が流通する流路部と、一面が該流路部に面
し前記流体が通過し得る多数の小孔を有するポーラス板
と、該ポーラス板の他面に面しフィンで仕切られた多数
の小室に前記流体と接触して発熱反応を起す固体を充填
したハニカムフィンと、該ハニカムフィンのポーラス板
側とは反対側に配設され前記反応により生じた熱を熱媒
流路部を流れる熱媒に伝える伝熱壁を備えた反応器を、
伝熱壁がダクトから導入される流体の流れに対して平行
で且つ熱媒流路部が縦向きになるよう配設し、反応器上
部と箱型容器の間に上部プレナム部を、又反応器下部と
箱型容器の間に下部プレナム部を、更に反応器側部と箱
型容器の間にダウンカマーを設け、熱媒液面を反応器上
端よりも上方に位置させた構成を備えている。

［作　　　用］ 第１の発明では、反応用の流体はポーラス板を通過して
ハニカムフィン内に入り、ハニカムフィン内の固体と反
応して熱が発生し、該熱により熱媒流路を通る熱媒が加
熱される。又第２の発明では熱媒が加熱されて沸騰し蒸
気が発生するため、熱媒流路内の熱媒は発生蒸気の浮力
及び熱媒の密度差により自然循環し、発生した蒸気は上
部プレナム部で気液分離され、蒸気管から外部へ取出さ
れ、熱媒流路から上部プレナム部へ出た熱媒はダウンカ
マーを下降し下部プレナム部から熱媒流路へ再び導入さ
れる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する
。

第１図及び第２図（イ）〜（す）は本発明の一実施例で
あり、第１図には反応器の縦断面形状を示し、第２図（
イ）〜（す）には反応器の各部品を示している。

図中１は複数段積重ねられた反応器ユニット、２は最上
段の反応器ユニット、３は最下段の反応器ユニットであ
る。

反応器ユニットｌの詳細について説明すると、平面形状
が矩形額縁状のデイスタンスプレート４の対角線上の２
隅に、厚さ方向へ貫通する熱媒流通孔５，６を設け、デ
イスタンスプレート４の空間４ａ内に、上方から下方へ
向けて、平面形状が６角形状をしたステンレスメツシュ
ア及び多数の小孔を有するポーラス板８を嵌入し、デイ
スタンスプレート４の下面に、平面形状が矩形額縁状の
デイスタンスプレート９を配設し、該デイスタンスプレ
ート９の−の対角線上の２隅に、厚さ方向へ貫通し前記
熱媒流通孔５，６と連通する熱媒流通孔１０．１１を設
けると共に、デイスタンスプレート９の他の対角線上の
２隅に、厚さ方向へ貫通して前記デイスタンスプレート
４の空間４ａに連通しＮＨ３等の流体が流通するように
した流体流通孔１２．１３を設け、デイスタンスプレー
ト９の空間９ａ内に、フィン１４ａにより上下に貫通し
た多数の小室に区分けされた平面形状が６角形状のハニ
カムフィン１４を嵌入し、ハニカムフィン１４の各室内
に粉状の固体１５として例えばアンモニア錯状体である
Ｎ１ｃｂ　・２ＮＨ３を充填する。

デイスタンスプレート９の下面に熱媒がハニカムフィン
１４内に流入するのを防止するための隔離板１Ｂを配設
し、該隔離板１Ｂの−の対角線上の２隅に上下へ貫通し
前記熱媒流通孔１０．１１と連通ずる熱媒流通孔１７．
１８を設けると共に他の対角線上の２隅に上下へ貫通し
前記流体流通孔１２．１３と連通する流体流通孔１９．
２０を設け、隔離板１Ｂの下面に、平面形状が矩形額縁
状をしたデイスタンスプレート２１を配設し、該デイス
タンスプレート２１の対角線上の２隅に、前記流体流通
孔１９．２０と連通ずる流体流通孔２２．２３を設け、
又デイスタンスプレート２１の空間２１ａを前記熱媒流
通孔１７．１８と連通せしめ、デイスタンスプレー）２
１の空間２１ａ内に、平面形状が６角形状をし縦断面形
状が波形状の流路を有する熱媒案内板２４を嵌入し、デ
イスタンスプレート２１の下面に隔離板２５を配設し、
隔離板２５の−の対角線上の２隅に、前記デイスタンス
プレート２１の空間２１ａに連通する熱媒流通孔２６．
２７を設けると共に他の対角線上の２隅に、前記流体流
通孔２２．２３と連通する流体流通孔２８．２９を設け
る。

上下段の反応器ユニット２．３の基本的構成は反応器ユ
ニット１と同様であるが、反応器ユニット２の上面には
、隔離板１８．２５と同一形状をし熱媒流通孔と連通す
る熱媒入口３０及び熱媒入口３０に対し対角線上にある
熱媒出口（図示せず）を備え且つ流体流通孔と連通する
流体人口３１及び該流体人口３１に対し対角線上に位置
する他の流体入口（図示せず）を備えた天板３２を取付
け、反応器ユニット３の下面には、盲状の底板３３を取
付ける。又３４は熱媒、３５は流体である。

流体人口３１から反応器内に流入した流体３５は、該流
体入口３１等から直接或いは流体流通孔１２゜１３．１
９，２０，２２，２３．２８．２９を経て各デイスタン
スプレート４の流路を形成する空間４ａ内に導入され、
空間４ａ内に挿入されたステンレスメツシュアを通り、
ステンレスメツシュアがらポーラス板８の多数の孔を通
すハニカムフィン１４内へ入り、ハニカムフィン１４に
充填されている固体１５と接触する。この接触により、
流体８５がＮＨ３、固体１５がＮ１ｃ１２・２ＮＨａの
場合は前述の（＋）式で表わされる化学反応が起り、反
応熱が発生する。

一方、熱媒入口３０から反応器内へ導入された熱媒３４
は熱媒流通孔５．１Ｏ，１７を通り、或いは熱媒流通孔
５，１０，１７．２８を通り、各デイスタンスプレート
２１の空間２１ａ内の熱媒案内板２４へ流入し、熱媒案
内板２４の流路を流れつつハニカムフィン１４部で生じ
た反応熱を吸収して加熱され、デイスタンスプレート２
１から熱媒流通孔１８．１１．６．２７を通り、図示し
てない熱媒出口から反応器外へ取出され、目的機器へ送
られる。

流体３５が固体１５に吸収されることにより発熱反応が
継続するが、固体１５が全てＮ１ｃ１２　・６　ＮＨ３
になると、それ以後は発熱反応は起なくなる。

この場合には反応器外で加熱した熱媒３４或いは蒸気等
を前述の経路で反応器内へ供給し、固体１５を加熱する
。そう、すると、（０式のＮ１ｃ１２　　・６ＮＨ３が
吸熱反応により分解されてＮ１ｃ１２　・２ＮＨ３に戻
るため、再び熱媒３４の加熱に使用が可能な状態になる
。なお、固体１５が全てＮ１ｃｌｚ・６　ＮＨ３に変化
しないうちに固体１５に熱を加え、Ｎ１ｃＬ２・６ＮＨ
ＫをＮ１ｅｌｚ　・２ＮＨＫに戻すようにしても良い。

上述の反応器では、固体１５は面積の広い面が開放され
たハニカムフィン１４内に充填するものであるため、固
体１５の充填を容易に行うことができ、又固１体１５は
多数のフィン１４ａで形成される小室内に充填されるた
め、偏ることなく、安定して保持され、更に多数のフィ
ン１４ａが伝熱面積の広い隔離板１６と接触しているた
め、ハニカムフィン１４から熱媒３４への熱の伝達は迅
速且つ効率良く行われる。

第３図及び第４図は第１図に示す反応器と同様の反応器
を用いた蒸気発生器の例である。

箱型容器３６の前面に、ＮＨ３ガス３７を水平方向から
導入するダクトフランジ３８を接続し、該ダクトフラン
ジ３８にＮＨ３ガス供給用の図示してないダクトを接続
し、箱型容器３Ｂ内に反応器を配設する。すなわちダク
トフランジ３８の水平口径方向へ向い所要の間隔で、横
断面形状が波形状をした流路３９ａを有する複数組の熱
媒案内板３９を、縦向きにしかも熱交換面がＮＨ３ガス
３７の流れ方向と平行になるよう配設する。

熱媒案内板３９の上下端を熱媒４２が箱型容器３６の下
部プレナム４０部から流入し上部プレナム部４１へ流出
し得るよう開放させ、又熱媒４２がダクトフランジ３８
側へ漏洩しないよう熱媒案内板３９上端をダクトフラン
ジ３８上端より多少上方へ位置させると共に熱媒案内板
３９下端をダクトフランジ３８下端より多少下方へ位置
させ、熱媒案内板３９の前後面を箱型容器３６内面に接
触、固着させ、ダクトフランジ３８水平口径方向両側の
熱媒案内板３９前面両側端部をダクトフランジ３８より
も多少箱型容器３６側部側へ位置させるか或は熱媒漏洩
防止板を固着する。更に、ダクトフランジ３８水平口径
方向両側の熱媒案内板３９と箱型容器３６との間にダウ
ンカマー４３を形成させ、箱型容器３６の下部プレナム
４０部へ熱媒４２を供給する供給管４４を箱型容器３８
下部に接続し、上部プレナム部４■上方に蒸気管４５を
接続する。

各熱媒案内板３９間の上下部に、熱媒４２のダクトフラ
ンジ３８側への漏洩を防止するため、ダクトフランジ８
８上下端縁部に位置するようデイスタンスプレート４６
を固着し、上下のデイスタンスプレート４６間に熱媒案
内板３９の伝熱面に接触する多数のフィン４７ａを備え
たハニカムフィン４７を配設し、フィン４７ａで包囲さ
れる小室に固体としてＮＩＣ１２・２　ＮＨ３の粉末を
充填させ、ハニカムフィン４７の熱媒案内板３９に面し
た側とは反対の面に多数の小孔のあるポーラス板４８を
固着し、相対向するポーラス板４８間にＮＨ３ガスの流
路４９を形成させる。図中５０は液面である。

ＮＨ３ガス３７はダクトフランジ３Ｂより箱型容器３Ｂ
内反応器の流路４９に導入され、ポーラス板４８よりハ
ニカムフィン４７内へ入り、Ｎ１ｅ１２　　・２ＮＨ３
と反応してＮ１ｃ１２　　・６ＮＨ３が生じると共に熱
が発生する。

反応により生じた熱により、熱媒案内板３９の流路３９
ａ内にある熱媒が加熱されて沸騰し蒸気が発生するため
、流路３９ａ内の熱媒は発生蒸気の浮力及び熱媒の密度
差により上昇して自然循環し、発生した蒸気は上部プレ
ナム部４１で気液分離され、蒸気管４５を通って外部へ
取出される。

流路３９ａ上端から上部プレナム部４１へ出た熱媒はダ
ウンカマー４３へ流れてここを下降し、下部プレナム部
４０から再び熱媒案内板３９の流路３９ａへ流入し、循
環する。

一方、ＮＩＣ１２・６ＮＨ３をＮ１ｅ１２・２ＮＨ３に
戻す場合には、熱媒４２を箱型容器３Ｂから抜いておき
、別の蒸気を蒸気管４５から箱型容器３６内に導入する
。而して、蒸気は熱媒案内板３９の流路３９ａに入り、
流路３９ａ内で凝縮して放熱し、吸熱反応の熱をまかな
う。凝縮液は下部プレナム部４０より外部へ放出される
。

Ｎ１ｃ１２　・６ＮＨ３をＮ１ｅ１２　φ２ＮＨ３に戻
す場合の他の手段としては、熱媒４２は抜かずに、上部
プレナム部４１まで入れたままとし、下部プレナム部に
蒸気導入ノズルを設けて該蒸気導入ノズルより蒸気を熱
媒案内板３９の流路３９ａ中に吹込むようにしても良い
。吹込まれた蒸気は放熱して消滅し、液になる。この分
の液は、箱型容器３６にオーバーブロー管を設けておき
、ここから外部へ放出させる。

上部プレナム部４１での気液分離は、上部プレナム部４
１に完全な液面が形成された状態で行われるため、蒸気
へのミストの混入がなく、転変の高い蒸気が得られる。

又箱型容器３６内の熱媒４２の内部自然循環量は、ダウ
ンカマー４３での流速の低下がないこと、熱媒案内板３
９での流れの円滑なこと等から、蒸気排出量の数十倍〜
数百倍に達し、熱交換効率の高さと相まって大きな蒸気
発生率が得られる。

なお、本発明は、上述の実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え
得ることは勿論である。

［発明の効果］ 本発明の反応器及び該反応器を用いた蒸気発生器によれ
ば、反応器は固体の充填、保持を容易に行うことができ
ると共に高い熱交換率を達成でき、又反応器を蒸気発生
器に用いた場合には、大きな蒸気発生率で転変の高い蒸
気を得ることができる、等種々の優れた効果を奏し得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図（イ）〜（す）
は第１図の反応器に使用する部品の説明用斜視図、第３
図は第１図に示す反応器と同様の反応器を使用した蒸気
発生器の説明用斜視図、第４図は第３図の■方向矢視図
、第５図は従来の反応器の伝熱管の部分の説明図である
。 図中１．２．３は反応器ユニット、４はデイスタンスプ
レート、８はポーラス板、９はデイスタンスプレート、
１４はハニカムフィン、１５は固体、１６は隔離板、２
１はデイスタンスプレート、２４は熱媒案内板、２５は
隔離板、３４は熱媒、３５は流体、３６は箱型容器、３
７はＮＨ３ガス、３８はダクトフランジ、３９は熱媒案
内板、４０は下部プレナム部、４１は上部プレナム部、
４２は熱媒、４３はダウンカマー、４Ｂはデイスタンス
プレート、４７はハニカムフィン、４８はポーラス板、
４９は流路を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）反応用の流体が流通する流路部と、一面が該流路部
   に面し前記流体が通過し得る多数の小孔を有するポーラ
   ス板と、該ポーラス板の他面に面しフィンで仕切られた
   多数の小室に前記流体と接触して発熱反応を起す固体を
   充填したハニカムフィンと、該ハニカムフィンのポーラ
   ス板側とは反対側に配設され前記反応により生じた熱を
   熱媒流路部を流れる熱媒に伝える伝熱壁を設けたことを
   特徴とする反応器。 ２）箱型容器に、熱媒を内部へ供給する供給管と蒸気を
   上方から取出す蒸気管を接続すると共に箱型容器の水平
   方向から反応用の流体を内部へ導入するダクトを接続し
   、箱型容器内に、前記ダクトからの流体が流通する流路
   部と、一面が該流路部に面し前記流体が通過し得る多数
   の小孔を有するポーラス板と、該ポーラス板の他面に面
   しフィンで仕切られた多数の小室に前記流体と接触して
   発熱反応を起す固体を充填したハニカムフィンと、該ハ
   ニカムフィンのポーラス板側とは反対側に配設され前記
   反応により生じた熱を熱媒流路部を流れる熱媒に伝える
   伝熱壁を備えた反応器を、伝熱壁がダクトから導入され
   る流体の流れに対して平行で且つ熱媒流路部が縦向きに
   なるよう配設し、反応器上部と箱型容器の間に上部プレ
   ナム部を、又反応器下部と箱型容器の間に下部プレナム
   部を、更に反応器側部と箱型容器の間にダウンカマーを
   設け、熱媒液面を反応器上端よりも上方に位置させたこ
   とを特徴とする蒸気発生器。